KR20230042738A - 건물 내부 공조 시스템 - Google Patents

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KR20230042738A
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air
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air conditioning
heat pump
conditioning unit
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KR1020237006593A
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알렉산더 쉐흐너
게르하르트 이레
이슬람 엘헤라리
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엔볼라 게엠베하
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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 배기 덕트(10)를 통해 연결되는 건물(6)의 내부 공간들(4)을 공조하기 위한 시스템에 관한 것으로, 하나 이상의 내부 공간들(4)에 공조 유닛(34)이 제공되고, 상기 공조 유닛은 실내 공간 또는 공간들(4)에 유입 공기 또는 순환 공기를 공급하는 외기의 유입 라인(38)을 갖고, 열 펌프(30)의 유체 회로(32)에 연결되며, 상기 배기 덕트(10) 및 열 펌프의 추가 유체 회로(28)는 상기 건물(6) 외부에 배열된 에너지 저장 장치(14)에 연결되고, 상기 에너지 저장 장치(14)는 상기 열 교환기(18)를 통해 열 펌프(30)의 추가 유체 회로(28)에 연결되는 에너지 전달 및 에너지 저장을 위한 액체 저장소(16) 내의 열 교환기(18)에 연결되며, 배기는 열 교환기(26)를 통해 유체 저장소(16)로 안내된다.

Description

건물 내부 공조 시스템
본 발명은 건물 내부의 공조 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 환절기에는 실내 공간의 온도를 사용자에게 쾌적한 온도 범위로 유지하기 위해 적절한 예방 조치를 취하는 것이 공지되어 있다. 온도를 높이기 위해 다양한 난방 시스템이 사용되는 반면, 공조 장치는 냉각된 외기(outdoor air)를 냉각 압축기를 통해 실내로 공급하여 온도를 낮추는 데 자주 사용된다.
현대 시스템은 방사형 팬에 의해 열교환기를 통해 외기를 건물 내부로 공급할 수 있는 소위 환기 및 공조 시스템으로서 사용된다. 배기는 종종 증발 냉각기를 통해 열교환기로 공급되며, 다른 방사형 팬에 의해 흡입된 공기는 추출 공기로 건물을 떠난다. 공기 정화를 위한 각종 필터 외에, 보조히터를 사용하여 실내환기가 가능하도록 하였다.
그러나 환기 시스템의 예는 DE 10 2018 213 274 A1호에서 공지되어 있고, 이는
배기 개구, 급기 개구, 배기 개구 및 외기 개구를 구비한 장치 하우징(1), 외기-배기 흐름, 및 연속 배기-급기 흐름의 재순환 모드에서, 그리고 배기-배기 흐름, 및 외기-급기 흐름의 흐름 경로에서 다른 횡단 흐름 열 교환기 위에 하나가 배열된 외기-급기 흐름 및 기류 사이에서 열 에너지를 전달하기 위한 열 교환기 우회 플랩이 배열된 배기-배기 흐름의 외기 작동에서 급기 및 배기 팬, 압축기, 증발기, 및 응축기를 구비한 하이브리드 냉장 시스템, 및 부가 응축기, 재가열 장치, 단열 스프레이 댐핑 장치, 기류 제어 플랩 및 기류의 적어도 일 부분의 습도 및 온도를 조절하기 위한 장치로서 물/물-글리콜 냉매 열교환기를 구비한 에어 컨디셔너 유닛을 개시한다.
또한, 건물의 모든 실내공간을 배기 덕트로 연결하고 공동의 배기 덕트를 통해 배기가 열 펌프로 공급됨으로써 배기에 포함된 에너지가 건물을 떠나기 전에 열 펌프를 통해, 예를 들어 고온 탱크로 배기로서 전달되는 것이 공지되어 있다. 이러한 배기 열 펌프는 건물의 에너지 효율에 기여한다.
DE 29 26 610 A1호에는 열 펌프 시스템을 위한 낮은 온도 수준에서 입력 열 에너지를 제공하기 위한 저장 장치를 기술하며, 이 저장 탱크는 이 에너지를 흡수하고 더 높은 온도 수준에서 방출한다. 수조(water basin)는 수조의 손상 없이 수분 함량이 동결될 수 있도록 설계되었으며, 수조 바닥에 위치하거나 수조 바닥에 내장된 열 교환기 시스템을 통해 이 수조의 냉각 및 동결 열이 열 펌프의 냉각 측에 공급되는 것을 허용한다.
인공 수조를 사용하는 것 외에도, 자연 수역을 저장 매체로 사용하는 것으로도 공지되어 있다.
예를 들어, DE 10 2015 104 909 A1호는 바람직하게는 제 1 공급 라인을 통해 물로 채워질 수 있는 호수 형태의 하부 유역(basin)에 떠 있는 열교환기를 갖는 에너지 저장 시스템을 기술하며, 이에 의해 하부 유역의 물은 제 2 공급 라인을 통해 별도의 회로에서 열 펌프에 공급되고 냉각수는 제 3 공급 라인을 통해 별도의 회로에서 열 펌프에 공급될 수 있으므로, 에너지는 하부 유역의 물 결빙으로 또는 하부 유역의 물에서 현열의 형태로 열교환기를 통해 추출될 수 있으며 열 소실 및/또는 냉간 소산을 위해 소비자에게 전달될 수 있다.
또한, 수역에 열 에너지를 전달하고 수역으로부터 열 에너지를 추출하기 위한 부유 장치가 DE 10 2015 121 177 A1호에 공지되어 있는데, 상기 부유 장치는 물 열교환기를 가지며, 이는 상기 부유 장치가 수역 상에 배치된 후, 물에 잠기고 열 에너지를 수역으로 방출하거나 수역으로부터 열 에너지를 추출할 수 있는 열전달 유체용 입구 및 출구를 갖는다. 상기 장치는 주변 공기가 흐를 수 있는 공기 열교환기를 더 포함하고, 수역으로부터의 물이 공기 열교환기를 통해 흐를 수 있도록 출구를 갖는 수역으로부터의 물을 위한 입구를 더 포함하고, 이로써 열 에너지는 공기 열교환기를 통해 흐르는 주변 공기와 공기 열교환기를 통해 흐르는 물 사이에서 전달될 수 있다.
위에서 설명한 장치는 일반적으로 건물에 설치된 열 펌프와 함께 작동한다. 예를 들어 이 열 펌프는 전력망 또는 자체 전력 저장 장치에서 전기 에너지를 공급받을 수 있다.
이러한 배경에서, 지금까지의 시스템과 비교하여 연중 사용이 가능하고 설치 비용이 낮고 에너지 효율이 높은 실내 공간 공조용 시스템을 만드는 과제가 생겼다.
상기 과제는 청구항 1의 특징에 의해 해결된다. 본 발명의 추가 유리한 실시형태들은 각각 종속항에 기재되어 있다. 이들은 기술적으로 유용한 방식으로 서로 조합될 수 있다. 특히 도면과 관련된 설명은 본 발명을 추가로 특징짓고 명시한다.
본 발명에 따르면, 적어도 하나의 배기 덕트에 의해 연결된 건물의 내부 공간을 공조하기 위한 시스템이 제공되며, 하나 또는 그 초과의 내부 공간에는 외기를 공급하는 공조 유닛이 제공되고, 공조 유닛은 급기 또는 재순환 공기를 내부 공간 또는 공간들에 전달하고 열 펌프의 유체 회로에 연결되고, 열 펌프의 배기 덕트 및 추가 유체 회로는 건물 외부에 설치된 에너지 저장 장치에 연결되고, 에너지 저장 장치는 열 교환기를 통해 열 펌프의 유체 회로에 연결된 액체 저장소의 열 교환기를 사용하여 에너지 전달 및 에너지 저장을 위해 설계되었으며, 배기는 액체 저장소의 열 교환기를 통해 안내된다.
본 발명에 따르면, 실내 공간 공조 시스템에 있어서, 공조기는 열 펌프에 의해 외기를 가열 및 냉각하는 데 사용된다. 난방이 필요한 지역에서 자주 사용되는 공간 난방기는 폐기할 수 있다. 건물 내부의 배기는 에너지 저장 유닛을 통해 추출 공기로 배출된다. 에너지의 대부분은 다른 유체 회로에 의해 열 펌프에 의해 회수된다. 공조 유닛과 함께 이전에 사용된 공간 난방 시스템과 달리, 설치 비용이 상당히 감소된다. 예를 들어, 난방이 필요한 지역에서는, 바닥 난방이 편안함을 위해 실내 난방으로 사용되기 때문에 공조 유닛이 겨울에 작동하지 않는 경우가 많다. 공지된 공조 유닛은 또한 신선한 급기를 위한 연결부를 갖지만, 재순환 모드와 관련하여 사전 정의된 비율로만 급기와 혼합되고 종종 소위 1차 공기로 예열되어 제공되어야 한다. 전반적으로, 실내 공간의 공조를 위한 본 발명에 따른 시스템의 에너지 효율은 에너지 집약적인 공기 환기가 대부분 포기되기 때문에 최신 기술로부터 공지된 시스템의 에너지 효율보다 높다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 액체 저장소에서 열 교환기를 떠난 후의 배기는 추출 공기로서 열 펌프에도 연결된 공기 열 교환기로 인도된다. 이 경우 추출 공기는 공기 열 교환기 상류의 주변 공기와 혼합될 수 있다.
본 발명에 따른 개념은 배기가 액체 저장소에서 열 교환기를 통해 흐르고 시스템을 떠난 후, 공기 열 교환기로 공급되어 배기가 공기 열 교환기 앞에서 대기 공기와 혼합될 수 있다는 효과로 확장된다. 배기에 여전히 포함된 에너지는 이제 공기 열 교환기에서도 사용할 수 있어, 배기를 액체 저장소가 있는 열 교환기로 먼저 공급하고 외기와 즉시 혼합하지 않는 것이 유리한 것으로 입증되었는데, ㅇ습니이는 이러한 방식으로 잠재적인 큰 온도 차이를 피할 수 있기 때문이다. 외기의 공급과 결합된 공기 열교환기로서의 제 2 열교환기와 액체 저장소 내의 제 1 열교환기의 조합은 본 발명에 따른 시스템의 매우 효율적인 작동을 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 공기 열교환기는 배기와 외기의 반경 방향 내향 기류가 내부에 배열된 팬에 의해 공기 열교환기에 의해 유도될 수 있는 방식으로 액체 저장소 위에 배열된다. 기류은 중앙 영역에서 시스템을 나간다.
유리하게는, 추출 공기의 기류는 액체 저장소의 외부 가장자리를 따라 액체 저장소를 떠나 공기 열 교환기를 통과하는 흐름이 유리하게는 다시 반경 방향 안쪽으로 향하게 하여 기류가 중앙 영역에서 시스템을 떠날 수 있다. 이러한 방식으로 장애물 주변의 주요 방향 전환 없이 개별 구성 요소의 배열을 따르는 기류가 가능하므로, 에너지 저장 시스템의 전반적으로 간단한 설치가 가능하다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 외기를 위한 공기 입구는 덮개의 테두리를 따라 슬롯 형상이고, 주변 공기 및 추출 공기를 위한 공기 출구는 바람직하게는 덮개 중앙에 설계된다.
이러한 방식으로 공기 열교환기를 통한 외기의 흐름이 쉽게 이루어지므로 에너지 저장 장치의 컴팩트한 설계는 실내 공간의 공조를 위한 시스템의 전체 설치 비용을 줄이는 데 기여한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 공조 유닛은 내부의 천장, 벽 또는 파라펫 벽에 설치된다.
내부 설계에 따라, 냉각 유닛을 다른 위치에 설치할 수 있으며 주거용 건물 또는 사무실 건물에서 사용하는 용도에 따라 냉각 유닛의 상이한 설계를 선택할 수도 있다. 열 펌프 및 외기 공급 장치에 대한 연결외에도, 냉각 유닛용 배기 덕트에 대한 연결도 생성해야 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 공조 유닛은 플로어 스탠딩 유닛으로 설계된다.
이러한 방식으로, 기술적 세부 사항이 더 이상 보이지 않기 때문에, 특히 생활 공간에서 설치가 용이하다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 난방이 필요할 때, 공조 유닛은 외기가 열 펌프의 유체 회로에 의해 실내로 급기로서 배출되기 전에 외기를 가열한다.
에너지 저장 장치의 유체 저장소에 저장된 에너지는 난방이 필요할 때 쾌적한 실내 기후를 위해 유체 회로를 통해 열 펌프로 외기를 가열할 수 있다. 방출된 배기는 그 안에 포함된 에너지가 추출될 수 있도록 차례로 에너지 저장 장치로 공급된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 냉방이 필요한 경우, 공조 유닛은 실외공기를, 열 펌프의 유체 회로에 의해 실내로 급기로서 배출하기 전에, 냉각시킨다.
공간 난방의 기능에 더하여, 본 발명에 따른 시스템은 실내 공간의 공조에도 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 공기 조화기는 재순환 모드에서 작동한다.
실내 공기의 난방이나 냉방이 모두 필요하지 않은 경우, 공조 유닛은 사용된 실내 공기를 교환하기 위해 재순환 모드로 작동하여 개선된 조건에서 실내에 머무를 수 있다.
이하에서는 몇가지 실시예들이 도면을 참조하여 더 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 시스템의 개략적인 측면도를 도시하고,
도 2는 도 1에 따른 시스템에서 사용하기 위한 에너지 저장 장치를 통한 단면도를 도시하고,
도 3은 도 2의 에너지 저장소의 평면도를 도시하고,
도 4는 도 1에 따른 시스템에서 사용하기 위한 공조 유닛의 개략도를 도시한다.
도면에서 동일하거나 기능적으로 유사한 요소들은 동일한 참조부호가 사용되었다.
도 1은 건물(6)의 내부 공간(4)을 공조하기 위한 본 발명에 따른 시스템(2)의 실시예를 도시한다. 건물(6)은 예를 들어 주거용 건물 또는 사무실 건물일 수 있다. 그러나, 본 발명은 상이한 유형의 건물에 적용될 수 있으므로 도시된 예는 명확한 것으로 간주되어서는 안 된다. 각각의 내부 공간(4)은 배기 개구(8)를 통해 내부 공간(4)으로부터 배기를 제거하는 배기 덕트(10)에 연결된다.
배기 덕트(10)는 공급 라인(12)을 통해 에너지 저장 장치(14)에 연결되며, 에너지 저장 장치는 하부에 열 교환기(18)가 위치하는 액체 저장소(16)를 갖는다. 에너지 저장소(14)는 건물(6) 외부에 위치하며 일반적으로 지면 아래에 매립된다. 액체 저장소(16) 위에, 공기 열교환기(22)가 절연층(20) 위에 위치한다.
공기 열 교환기(22)는 에너지 저장소(14)의 중앙 영역(24) 주위에 여러 세그먼트로 배열된다. 공급 라인(12)을 통해 공급된 배기는 먼저 절연층(20) 아래에 위치한 도 1에 도시되지 않은 열 교환기를 통과하고, 도 1의 참조 부호 26으로 표시되어 배기에 포함된 에너지가 먼저 액체 저장소(16)에 공급된다.
열 교환기(26)를 통과한 후, 공기는 공기 열 교환기(22)를 통해 외부로부터 반경 방향으로 안내되고 중앙 영역(24)에서 시스템(2)을 떠난다. 바람직하게는 건물(6) 내부에 배열된 열 펌프(30)를 갖는 열 교환기(18)를 연결하는 유체 회로(28)가 제공된다. 추가 유체 회로(32)는 열 펌프(30)를 추가 유체 회로(32)에 대한 연결에 더하여 공급 라인(38)에 의해 개구(36)를 통하여 외기를 공급하는 공조 유닛(34)에 연결한다.
또한, 열 펌프(30)는 가열 시스템(42)에 연결된 온수 탱크(40)와 같은 다른 구성 요소에 연결될 수도 있다. 그러나, 이러한 구성 요소는 본 발명의 일부를 형성하지 않으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략될 수 있다.
도 2에서, 에너지 저장 장치(14)는 단면도로 도시되어 있다. 에너지 저장 장치(14)는 유체 회로(28)를 통해 열 펌프(30)에 연결된 유체 저장소(16)에 다수의 파이프를 갖는다. 전형적으로, 유체 저장소(16)는 물 또는 파라핀 용액으로 채워질 것이다. 유체 위에는 열 교환기(26)가 있으며, 이를 통해 건물(6)의 배기는 반경 방향 바깥쪽으로 흐르므로, 배기는 절연층(20)과 외피(46) 사이의 슬롯을 통해 추출 공기(44)로 남게 된다. 중앙 영역(24)의 팬(48)은 슬리브(26)와 덮개(52) 사이의 외부로부터 방사상으로 유입될 수 있는 외기(50)와 함께 추출 공기(44)를 중앙 영역(24)의 방향으로 끌어당기며, 여기서 공기는 시스템(2)을 떠난다.
공기 열교환기(22)는 절연층(20) 위의 액체 저장소(16) 위에 있다. 공급 라인(12)을 통해 공급된 배기는 먼저 열교환기(26)를 통과하여 배기에 포함된 에너지가 액체 저장소(16)로 먼저 전달된다. 열교환기(26)를 통과한 후, 공기는 공기 열교환기(22)를 통해 외부로부터 반경방향으로 안내되고 중앙 영역(24)에서 시스템(2)을 떠난다. 바람직하게는 건물(6) 내부에 설치된 열 펌프(30)에 열교환기(18)를 연결하는 유체 회로(28)에 부가하여, 공기 열교환기(22)를 건물(6) 내부에 설치된 열 펌프(30)에 연결하는 도시되지 않은 추가 유체 회로가 제공된다.
도 3을 참조하면, 건물(6)로부터의 배기의 분포가 보다 상세히 도시되어 있다. 배기는 한 지점에서 열 교환기(26)로 공급되어 열 교환기(26)를 통과한 후 방사상 바깥쪽으로 배출된다. 열 교환기(26)는 도 3에 도시된 바와 같이 기류를 안내하는 다수의 특히 방사상으로 정렬된 핀을 갖는 금속으로 제조될 수 있다.
도 4를 참조하면, 공조 유닛(34)의 개략도가 도시되어 있다. 공급 라인(38)을 통해 외기를 공급하는 것 외에도, 공기는 유입구(60) 및 연결 피스(62)를 통해 팬(64)을 통해 유체 회로(32)에 연결된 냉각 또는 가열 장치(66)로 공급될 수도 있다. 후속적으로, 이렇게 템퍼링된 공기는 출구 개구(68)를 통해 공조 유닛(34)을 나간다. 재순환 모드에서 냉각 또는 가열 장치(66)를 바이패스하기 위한 바이패스 라인과 같은 추가 구성요소는 물론 전문 지식의 범위 내에서 추가될 수 있다.
실내 공간(4)을 공조하기 위한 시스템(2)에서, 공조 유닛(34)은 열 펌프(30)에 의해 외기를 가열 및 냉각하는 데 사용된다. 가열이 요구되는 구역에 종종 존재하는 공간 난방기는 폐기될 수 있다. 건물(6)의 내부 공간(4)으로부터의 배기는 에너지 저장 장치(14) 위로 안내되고 추출 공기로서 송풍된다. 따라서 대부분의 에너지가 유체 회로(28)를 통해 열 펌프(30)에 의해 회수된다.
상기 및 청구범위에 기술된 특징뿐만 아니라 도면으로부터 취해질 수 있는 특징은 개별적으로 및 다양한 조합으로 유리하게 실현될 수 있다. 본 발명은 설명된 실시예에 한정되지 않고, 당업자의 범위 내에서 다양한 방식으로 변경될 수 있다.
2 시스템
4 내부 공간
6 건물
8 배기 개구
10 배기 덕트
12 공급 라인
14 에너지 저장 장치
16 액체 저장소
18 열 교환기
20 절연층
22 공기 열교환기
24 중앙 영역
26 열 교환기
28 유체 회로
30 열 펌프
32 유체 회로
34 공조 유닛
36 개구
38 공급 라인
40 온수 탱크
42 가열 시스템
44 추출 공기
46 외피
48 팬
50 외기 개구
52 덮개
60 유입구
62 연결 피스
64 팬
66 냉각 또는 가열 장치
68 출구 개구

Claims (10)

  1. 적어도 하나의 배기 덕트(10)를 통해 연결되는 건물(6)의 내부 공간들(4)을 공조하기 위한 시스템으로서, 하나 이상의 내부 공간들(4)에 공조 유닛(34)이 제공되고, 상기 공조 유닛은 실내 공간 또는 공간들(4)에 유입 공기 또는 순환 공기를 공급하는 외기의 유입 라인(38)을 갖고, 열 펌프(30)의 유체 회로(32)에 연결되며, 상기 배기 덕트(10) 및 열 펌프의 추가 유체 회로(28)는 상기 건물(6) 외부에 배열된 에너지 저장 장치(14)에 연결되고, 상기 에너지 저장 장치(14)는 상기 열 교환기(18)를 통해 열 펌프(30)의 추가 유체 회로(28)에 연결되는 에너지 전달 및 에너지 저장을 위한 액체 저장소(16) 내의 열 교환기(18)에 연결되며, 배기는 열 교환기(26)를 통해 유체 저장소(16)로 안내되는, 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    액체 저장소(16)에서 열 교환기(18)를 떠난 후의 배기는 추출 공기로서 열 펌프(30)에도 연결되는 공기 열 교환기(22)로 인도되는, 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    추출 공기는 공기 열 교환기(22) 상류의 외부 공기와 혼합되는, 시스템.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    공기 열교환기(22)는, 배기와 외기의 반경 방향 내향 기류가 내부에 배열된 팬(48)에 의해 공기 열교환기(22)에 의해 유도될 수 있도록 액체 저장소(16) 위에 배열되며, 기류은 중앙 영역(24)에서 시스템(2)을 나가는, 시스템.
  5. 제1항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    외기를 위한 공기 입구(50)는 덮개(52)의 테두리를 따라 슬롯 형상이고, 주변 공기 및 추출 공기를 위한 공기 출구는 바람직하게는 덮개 중앙에 형성되는, 시스템.
  6. 제1항 또는 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공조 유닛(34)은 내부의 천장, 벽 또는 파라펫 벽에 배열되는, 시스템.
  7. 제1항 또는 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공조 유닛(34)은 플로어 스탠딩 유닛으로 형성되는, 시스템.
  8. 제1항 또는 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    난방이 필요할 때, 상기 공조 유닛(34)은 실외 공기를, 내부 공간(4)으로 급기로서 배출되기 전에, 열 펌프(30)의 유체 회로(32)에 의해 가열하는, 시스템.
  9. 제1항 또는 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    냉방이 필요할 때, 상기 공조 유닛(34)은 실외 공기를, 내부 공간(4)으로 유입 공기로서 공급하기 전에, 열 펌프(30)의 유체 회로(32)에 의해 냉각시키는, 시스템.
  10. 제1항 또는 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공조 유닛(34)은 재순환 모드에서 작동하는, 시스템.
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